2026-01-09
Nguồn ánh sáng là điểm khởi đầu của tín hiệu quang học trong gyroscope sợi quang. Chức năng chính của nó là tạo ra ánh sáng ổn định và gửi nó vào hệ thống.như nguồn ánh sáng SLD hoặc ASE.
Hình 3.3 Nguồn ánh sáng FOG
Ánh sáng phát ra từ nguồn đầu tiên đi vào bộ kết nối, phân chia đồng đều ánh sáng thành hai chùm và hướng chúng riêng biệt vào các đường quang tiếp theo (sợi quang).Đèn ban đầu chỉ có một đường dẫn được phân bổ để truyền đi theo chiều hướng đồng hồ và ngược chiều hướng đồng hồ, đặt nền tảng cho việc sử dụng hiệu ứng Sagnac sau này.
Một bộ ghép sợi quang là một thành phần sợi quang được thiết kế để phân phối lại tín hiệu quang. Nó bao gồm các thiết bị sợi quang khác nhau như phân tách quang, kết hợp quang,và các máy kết nối quang họcThành phần này có thể phân phối tín hiệu từ một sợi duy nhất đến nhiều sợi hoặc kết hợp tín hiệu từ nhiều sợi thành một sợi duy nhất.
Hình 3.4 Máy kết nối sợi quang
X-coupler tích hợp các chức năng của một splitter và một combiner trong một gói duy nhất. Nó kết hợp và phân phối điện quang từ hai sợi đầu vào,sau đó truyền nó riêng biệt đến hai sợi đầu raCòn được gọi là một 2x2 coupler.
Hình 3.5 Máy kết nối loại X (2x2)
Một đường dẫn sóng Y-junction là một loại nối nối hình Y có cấu hình Y đặc biệt.
Ánh sáng từ nguồn xảy ra trên đường dẫn sóng Y và được chia thành hai chùm bởi đường dẫn sóng nhánh Y. Những chùm này lan truyền vào cuộn sợi theo chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ,tương ứngSau khi hoàn thành một chu kỳ đầy đủ bên trong cuộn sợi, các chùm được kết hợp lại thành một chùm duy nhất bởi đường dẫn sóng Y-branch và cuối cùng đạt đến máy dò ánh sáng.
Ngoài các chức năng phân chia và kết hợp ánh sáng, đường dẫn sóng Y cũng có thể nhận ra các chức năng phân cực và phân cực, điều chế pha v.v.
Hình 3.6 Thiết bị quang học tích hợp đa chức năng của Lithium Bismuth Oxide (Y Waveguide)
Sau khi đi vào bộ ghép 2 × 2, ánh sáng đi qua một đường dẫn sóng Y vào vòng lặp sợi quang.Khi ánh sáng lan truyền theo chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ đồng thời trong vòng lặp, xoay của sợi tạo ra một sự khác biệt thời gian nhỏ giữa hai chùm, dẫn đến sự khác biệt pha.tạo thành cơ chế cốt lõi mà bằng cách đó các máy quay sợi phát hiện thông tin xoay.
Để phát hiện các vòng xoay nhỏ, sợi quang đòi hỏi chiều dài hàng trăm hoặc thậm chí hàng ngàn mét.hiệu ứng Sagnac cho thấy rằng độ nhạy là tỷ lệ trực tiếp với khu vực bao gồm bởi đường quangBằng cách cuộn sợi linh hoạt nhiều lần, chúng ta có thể duy trì cùng một diện tích hiệu quả trong khi giảm đáng kể kích thước vật lý của nó.
Hình 3.7 Vòng sợi quang
Trong kính quay sợi quang, các sợi quang thường được xoắn thành hàng chục, hàng trăm hoặc thậm chí nhiều vòng.Điều này là do sự khác biệt pha do hiệu ứng Sagnac tạo ra phụ thuộc vào diện tích hiệu quả được bao bọc bởi đường quang họcBằng cách tăng số lần xoay, khoảng cách lan truyền ánh sáng có thể được mở rộng đáng kể trong một khối lượng hạn chế,do đó khuếch đại sự khác biệt thời gian và giai đoạn do quay.
Nguyên tắc có thể được hiểu đơn giản như sau: ánh sáng đi qua vòng lặp sợi càng lâu, hiệu ứng quay càng rõ rệt.Điều này giải thích tại sao các máy quay sợi cao độ chính xác thường có vòng lặp sợi dài hơn, trong khi các thiết bị chính xác thấp hoặc giáo dục sử dụng chiều dài sợi tương đối ngắn. Chất lượng cuộn của vòng lặp sợi trực tiếp ảnh hưởng đến độ chính xác đo của kính quay sợi,yêu cầu thiết bị cuộn đặc biệt chính xác caoCác máy quay sợi không chỉ dựa vào các nguyên tắc vật lý tinh vi mà còn đòi hỏi các quy trình sản xuất cực kỳ nghiêm ngặt.
Hình 3.8 Hệ thống vòng quang sợi
Trong kính quay sợi quang, máy dò ánh sáng được đặt ở cuối hệ thống quang học.Chức năng chính của nó là nhận tín hiệu ánh sáng phản xạ từ vòng lặp sợi và chuyển đổi chúng thành tín hiệu điệnLà một thiết bị dựa trên hiệu ứng quang điện, máy dò quang chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện.nó cho phép phát hiện cả tín hiệu yếu nhìn thấy và vô hình.
Sự can thiệp quang học xảy ra khi hai chùm ánh sáng lan truyền theo chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ hội tụ lại trong một hệ thống.làm cho cường độ của ánh sáng nhiễu biến độngCác máy dò quang điện sử dụng hiện tượng này để chuyển đổi các biến đổi cường độ nhỏ thành tín hiệu điện.các máy dò này phải có độ nhạy cao để đảm bảo các mạch tiếp theo có thể thu thập chính xác thông tin liên quan đến xoay.
Hình 3.9 Máy dò quang điện
Dữ hiệu điện phát ra từ máy dò quang điện là cực kỳ yếu và không thể được sử dụng trực tiếp.một loạt các bước xử lý tín hiệu được yêu cầu để có được phép đo cuối cùng của vận tốc góc quayToàn bộ quá trình có thể được đơn giản chia thành các bước sau:
Ø Tiến bộ khuếch đại: Khuếch đại tín hiệu điện cực kỳ yếu đến mức phù hợp để xử lý ổn định bởi các mạch tiếp theo.
Ø Chuyển đổi tín hiệu và khử điều chế: tín hiệu điện được khuếch đại được chuyển thành tín hiệu có thể được xử lý bởi máy tính hoặc mạch kỹ thuật số,và thông tin liên quan đến sự khác biệt pha quang học được chiết xuất từ nó.
Ø Điều khiển và đầu ra: Máy điều khiển tính toán giá trị tương ứng với vận tốc góc quay dựa trên kết quả demodulation,và cung cấp kết quả cho hệ thống bên ngoài thông qua giao diện đầu ra.
Hình 3.10: FOG mạch xử lý tín hiệu (bảng mạch trên trên trong sơ đồ)
Tính năng định nghĩa của kính quay sợi quang là sử dụng ánh sáng thay vì các cấu trúc cơ học để đo quay, điều này mang lại cho chúng những lợi thế khác biệt trong các số liệu hiệu suất quan trọng:
Ø Độ chính xác cao: Hệ thống đo quay bằng các nguyên tắc quang học, loại bỏ sự phụ thuộc vào rung động cơ học để tăng độ chính xác.
Ø Hiệu suất ổn định: Sự vắng mặt của các thành phần cơ học tốc độ cao bên trong đảm bảo trôi dạt tối thiểu trong quá trình hoạt động kéo dài.
Ø Kháng rung và va chạm tuyệt vời: Giữ hiệu suất đo lường đáng tin cậy ngay cả trong môi trường rung động như máy bay và tàu.
Ø Độ tin cậy cao và tuổi thọ dài: Sợi quang và các thành phần có độ mòn tối thiểu, làm cho chúng lý tưởng cho hoạt động liên tục lâu dài.
Mặc dù hiệu suất vượt trội của chúng, kính quay sợi quang không phải là phổ biến.
Ø Kích thước và trọng lượng cồng kềnh: Nhu cầu cuộn sợi quang dài làm cho việc thu nhỏ trở nên khó khăn.
Ø Chi phí cao: Chi phí tăng do vật liệu sợi, thành phần quang học và quy trình sản xuất chính xác.
Ø Tiêu thụ năng lượng cao: Không lý tưởng cho các thiết bị vi tính chạy bằng pin.
Máy quay sợi quang không phải là để thay thế tất cả các máy quay, mà là đóng một vai trò then chốt trong các lĩnh vực đòi hỏi độ chính xác cao, độ tin cậy và khả năng thích nghi với môi trường.Không giống như MEMS thông thường (Hệ thống vi điện cơ học) gyroscope, chúng hoạt động giống như một "người chạy đường dài chuyên nghiệp" ¢ ưu tiên sự ổn định và chính xác hơn sự thu nhỏ cực kỳ và hiệu quả chi phí, im lặng duy trì định hướng trong hàng không vũ trụ,Ứng dụng thiết bị cao cấp.
Lần tới khi bạn lên máy bay hoặc tưởng tượng một tàu thăm dò biển sâu tự điều hướng, hãy nhớ rằng một chùm ánh sáng có thể đang chạy qua một vòng lặp sợi quang tinh tế,sử dụng sự khác biệt thời gian tinh tế của nó để hướng dẫn chúng ta.
Gửi yêu cầu của bạn trực tiếp cho chúng tôi
